<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung bezieht sich auf eine Prüfeinrichtung zur Ermittlung von bruchmechanischen Kennwerten sowie hiefür geeigneter Prüfkörper für spröde Werkstoffe, wie Keramiken, Fels, Beton und andere zementgebundene Baustoffe, welche an gegenüberliegenden Seiten eine Drückeinheit mit auswechselbarer Lasteinleitungsvorrichtung und ein Auflager aufweist, zwischen welchen ein an einer Seite mit einer Kerbe versehener Prüfkörper einsetzbar ist, wobei die Lasteinleitungsvorrichtung als Keil bzw. Keilstumpf ausgebildet ist. Der Stand der Technik ist durch die österreichische Patentschrift Nr. 377 611 und die dort zitierte Literatur gegeben. Verschiedene Prüfkörperformen im Zusammenhang mit der Messung von bruchmechanischen Kennwerten sind im Buch "Grundlagen der Bruchmechanik" (H. P.
Rossmanith) Springer-Verlag Wien-New York beschrieben. Die in der österreichischen Patentschrift Nr. 377 611 beschriebene Prüfeinrichtung zur Ermittlung von bruchmechanischen Kennwerten weist folgende Nachteile auf : - Die Probekörper müssen mit einer v-förmigen Kerbe versehen sein. An die v-förmige Kerbe sind hohe Genauigkeitsanforderungen gestellt, damit die Krafteinleitung auf den Probekörper symmetrisch und mit gleichmässiger Verteilung der Kraft in Längsrichtung der Kerbe erfolgt. Die Herstellung bzw. Einarbeitung solcher v-förmiger Kerben mit der geforderten Genauigkeit ist aufwendig und benötigt besondere Einrichtungen. Auch die Herstellung bzw. Einarbeitung solcher Kerben auf einer Baustelle ist nur mit geschultem Personal und Sondermaschinen möglich.
- Die Ausführung der Abstützflächen (Auflager des Probekörpers) als gemeinsame Tangentialfläche von Wälzkörpern oder als Gleitschichte hat sich in der Praxis nicht bewährt. Schon bei geringer Rissöffnung im Kerbgrund kommt es in der direkten Verlängerung der Kraftrichtung (der Lasteinleitungsvorrichtung) in der Mitte der Abstützfläche zur Abhebung des Prüfkörpers. D. h. während der Prüfung kommt es zu einem Wechsel von einer flächenhaften Auflage zu einer linienförmigen Auflage des Prüfkörpers. Zum Beispiel bei einem würfelförmigen Prüfkörper liegt am Beginn der Belastung die ganze Würfelfläche auf dem Auflager auf. Nach einer gewissen Belastung bzw. Rissöffnung wechselt die Auflage auf zwei Kanten des Würfels, die parallel zur Lasteinleitungsvorrichtung verlaufen, über.
Dieser Wechsel bedeutet aber unkontrollierbare Prüfverhältnisse und ist daher zu vermeiden.
- Auch haben praktische Erfahrungen gezeigt, dass die Rissstabilisierung durch eine vertikal-verlaufende Kraftkomponente auf den Probekörper nicht den erhofften Effekt zeigt. Gelegentlich kam es zu stärkeren Auswanderungen des Risses aus der Ebene, die durch die Starterkerbe und den Einfangschlitz gegeben ist.
- Die Prüfung von Werkstoffen, die nur in Platten oder Schichten vorliegen bzw. hergestellt werden können, lassen sich mit den bisher bekannten Einrichtungen nicht prüfen. Ziel der Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu beseitigen. Dieses Ziel wird durch eine Prüfeinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass dem Keil bzw. Keilstumpf zwei in die Kerbe des Prüfkörpers einlegbare Gleitstücke zugeordnet sind und dass das Auflager eine dem Keil bzw. Keilstumpf zugekehrte Rippe aufweist. Die Erfindung bringt folgende Vorteile mit sich : - Der Prüfkörper muss nun mit einer rechteckigen Kerbe versehen sein, deren Masshaltigkeit nun unkritisch ist. Lediglich auf die Parallelität der Anlegekanten für die Gleitstücke ist noch zu achten.
Solche Kerben können bei der Herstellung des Prüfkörpers leicht durch das Einlegen eines Formstückes in die Schalung erzeugt werden.
Auch die nachträgliche Einarbeitung einer solchen Kerbe ist mit einer einfachen Schneideeinrichtung, wie sie in den meisten Betonlabors vorhanden sind, durchzuführen.
Die Starterkerbe kann sowohl durch ein Schalblech bei der Probenherstellung als auch durch ein nachträgliches Einschneiden bzw. Sägen erzeugt werden.
- Die Montage der Belastungseinrichtung gestaltet sich sehr einfach, da durch die Gleitstücke Unebenheiten an den Kanten der Prüfkörperkerbe ausgeglichen werden. Die Oberflächenbeschaffenheit der Kerbe ist somit völlig unproblematisch. Lediglich die beiden Abstützkanten für die Gleitstücke dürfen keine allzu grossen Kerben aufweisen.
- Die vorspringende Leiste am Gleitstück erleichtert sehr wesentlich die Montage der Lasteindeitungsvorrichtung und verhindert zusätzlich bei der Prüfung das Absinken der Gleitstücke in die Kerbe auf Grund der wirkenden vertikalen Kraftkomponente.
- Werden die beiden Wangen des Prüfkörpers (Teile des Prüfkörpers, auf dem die Gleitstücke aufliegen) z. B. aus Aluminiumplatten ausgeführt, so kann zwischen die beiden Wangen der zu prüfende Werkstoff in Plattenform befestigt (geklebt) werden. Durch diese Art des Prüfkörperaufbaues lassen sich sehr bequem und ohne grossen Aufwand Schichten beliebiger Stärke prüfen.
- Klebeverbindungen und andere Verbindungsverfahren zwischen gleichen oder verschiedenen Werkstoffen sowie Hafteigenschaften von Schichten können sehr einfach geprüft werden.
- Die Prüfkörper können sowohl würfel- oder quaderförmig sein, als auch zylindrische Gestalt (Bohrkern) haben. Bei zylindrischen Prüfkörpern kann die Kerbe entweder parallel zur Zylinderachse im Zylindermantel, oder in der Stirnfläche des Zylinders enthalten sein.
- Die Abstützfläche besteht bei der erfindungsmässigen Ausführung nur mehr aus einer Rippe in Form eines Stabes. Die Rippe wird in einfacher Weise zwischen den Prüfkörper und die Auflagefläche gelegt Damit ist ein Wechsel der Abstützfläche auf zwei Abstützkanten während des Versuches nicht mehr möglich.
Je nach Sprödigkeit des zu prüfenden Werkstoffes und der zu erwartenden Verzweigungen des Rissverlaufes muss der Keilwinkel der Belastungseinrichtung gewählt werden. Für sehr spröde Werkstoffe eignet sich ein sehr
<Desc/Clms Page number 2>
schlanker Keil. Für Werkstoffe mit starker Rissverzweigung bzw. mit starkem Verlaufen des Risses aus der gewünschten Rissebene ist ein weniger schlanker Keilwinkel zu wählen ; in diesem Falle sollte die vertikale Kraftkomponente grösser ausfallen. Es ist vorteilhaft, zwischen dem Keil bzw. Keilstumpf und den Gleitstücken die Reibung durch eine Gleitschicht (z. B. Fett oder Ölschichte) zu verringern.
Bei guter Schmierung ist der Reibungskoeffizient unter 0, 01. Eine weitere Verbesserung bringt eine Zwischenlage aus einer Teflonfolie oder die Zwischenschaltung von kleinen Wälzkörpern.
Werkstoffe wie Keramik, zementgebundene Werkstoffe (z. B. Beton), Hölzer, Kunststoffe und faserverstärkte Kunststoffe, Bitumen und bituminisierte Stoffe usw. lassen sich mit der erfindungsgemässen Prüfeinrichtung prüfen. Auch kann die Prüfeinrichtung bei niederen und höheren Temperaturen eingesetzt werden. Dabei wäre zu beachten, dass die Reibung zwischen der Lasteinleitungsvorrichtung und den Gleitstücken durch die beschriebenen Massnahmen klein gehalten wird. Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in Figuren 1 bis 4 dargestellten Beispielen näher erläutert.
Es zeigt die Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Prüfeinrichtung und Fig. 2 bis 4 verschiedene Ausführungsbeispiele von Prüfkörpern.
In Fig. 1 ist auf eine Unterlage (1) eine Rippe (2) und darauf der Prüfkörper (3) aufeinander gelegt. In die Kerbe (4) des Prüfkörpers (3) werden die beiden Gleitstücke (5) mit Hilfe des Anschlages (12) eingesetzt. In die sich nun bildende keilförmige Kerbe ist die Lasteinleitungsvorrichtung (6) in der Ausführung als Keilstumpf (11) eingesetzt. Auf die Lasteinleitungsvorrichtung (6) wirkt die Belastungskraft (7). Sowohl die Belastungskraft (7), Starterkerbe (8) und Rippe (2) sollten in einer Fluchtlinie liegen.
Fig. 2 zeigt die Ausführungsform des Prüfkörpers (3) als Quader oder Würfel. Fig. 3 zeigt die Ausführungsform des Prüfkörpers (3) als Zylinder (z. B. ein Bohrkern). Die Kerbe (4) ist hier in die Stirnfläche des Zylinders eingelassen.
Fig. 4 zeigt einen Prüfkörper (3), der aus zwei Wangen (9) und einer schichtförmigen Probe also einer Scheibe bzw. Schichte (10) besteht. In der Scheibe (10) verläuft bei der Prüfung der Riss ausgehend von der Starterkerbe (8). Die Verbindung der Scheibe (10) mit den Wangen (9) kann z. B. durch eine Klebung erfolgen.
PATENTANSPRÜCHE
EMI2.1
an gegenüberliegenden Seiten eine Drückeinheit mit auswechselbarer Lasteinleitungsvorrichtung und ein Auflager aufweist, zwischen welchen ein an einer Seite mit einer Kerbe versehener Prüfkörper einsetzbar ist, wobei die Lasteinleitungsvorrichtung als Keil bzw. Keilstumpf ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Keil bzw. Keilstumpf (11) zwei mit diesem zusammenwirkende, in die Kerbe (4) des Prüfkörpers (3) einlegbare Gleitstücke (5) zugeordnet sind und dass das Auflager (2) als in der in Längsrichtung der Kerbe (4) verlaufenden Symmetrieebene des Prüfkörpers (3) liegende Rippe (2) ausgebildet ist.